JP2009281349A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水分による吸着材におけるＮＯ_ｘ等の吸着能力の低下を抑制する。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、機関本体から排出された排気ガスの消音を行うマフラーを備える。機関本体からの排気ガスをマフラーの拡張室に排出する第１排気通路と、マフラーから突出した第１、第２端部を有し、第１、第２端部の間の拡張室に挿入された部分に、第１排気通路を介して拡張室に排出された排気ガスを取り込む開口部と、開口部を介して取り込まれた排気ガスにおけるＮＯ_ｘを吸着し吸着されたＮＯ_ｘが所定条件下で脱離する吸着材とを設けた第２排気通路を備える。第２排気通路と機関本体の吸気側と連通し、吸着材から脱離したＮＯ_ｘを吸気側に帰還させるために使用されるパージ通路を備える。第１端部からは、吸着材に吸着された水分を脱離させるために使用される空気が取り込まれ、第２端部からは、第２排気通路に取り込まれた排気ガスが排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関における排気浄化装置に関し、特に吸着材に吸着されたＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方を浄化する排気浄化装置に関する。

内燃機関の冷間始動後など排気ガス浄化触媒が活性化するまでの間、排気ガスに含まれるＨＣ、ＮＯ_ｘを吸着材に吸着させ、排気ガス浄化触媒（三元触媒）の活性化後に脱離させて排気ガス浄化触媒で浄化する排気浄化装置が提案されている。この吸着材は、低温時にＨＣやＮＯ_ｘを吸着し、高温時に脱離する特性を有する。

特許文献１は、排気下流のマフラー内に設けられたＨＣ吸着材を開示する。マフラーとＨＣ吸着材とを一体化させることにより、装置の小型化を実現出来るメリットを有する。ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの脱離は、排気ガスを使って行われる。
実開平０６−３４１１２号公報

しかし、特許文献１の装置では、排気ガスがＨＣ吸着材を通過して、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを脱離させる場合には、ＨＣ吸着材に排気ガスに含まれる水分が残される（吸着される）おそれがある。ＨＣ吸着材に水分が吸着された状態では、水分が少ない状態に比べて、ＨＣ吸着材がＨＣを吸着する能力が低下する。

したがって本発明の目的は、水分による吸着材におけるＨＣやＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着能力の低下を抑制する排気浄化装置を提供することである。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、機関本体から排出された排気ガスの消音を行うマフラーと、機関本体からの排気ガスをマフラーの拡張室に排出する第１排気通路と、第１、第２端部を有し、第１、第２端部の間に、第１排気通路を介して拡張室に排出された排気ガスを取り込む開口部と、開口部を介して取り込まれた排気ガスにおけるＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方を吸着し吸着されたＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方が所定条件下で脱離する吸着材とを設けた第２排気通路と、第２排気通路と機関本体の吸気側と連通し、吸着材から脱離したＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方を吸気側に帰還させるために使用されるパージ通路とを備え、第１端部からは、吸着材に吸着された水分を脱離させるために使用される空気が取り込まれ、第２端部からは、第２排気通路に取り込まれた排気ガスが排出される。

排気ガスに比べて水分の少ない外気からの空気を使って、吸着材に吸着された水分の脱離がおこなわれるため、確実に水分の脱離を完了させることが可能になり、水分による吸着材におけるＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着能力の低下を抑制することが可能になる。また、排気ガスに含まれる水分をマフラーに到達するまでの排気通路で凝縮させて、水分の少ない排気ガスを吸着材に到達させることが可能になり、ＮＯ_ｘなどの吸着時における水分による吸着能力低下を抑制することが可能になる。

好ましくは、第２排気通路は、第１端部と吸着材との間に設けられ第１端部を介して取り込まれた空気を温めるヒータ、または吸着材を担持する基材に流れる電流によって吸着材を温めるヒータを有する。

ヒータを通過する際に温められる空気によって、または吸着材を担持する基材であって電流により温められたものによって、吸着材が温められる。これにより、吸着材を温めない状態で吸着材に空気を通過させる形態に比べて、吸着材に吸着された水分の脱離を早期に完了させることが可能になる。また、吸着材を担持する基材をヒータとする場合には、ヒータと吸着材とが別体構成である形態に比べて、第２排気通路上におけるヒータと吸着材とを設けるスペースを小さくすることが可能になる。

さらに好ましくは、拡張室から第２排気通路への流れと、第１端部から第２排気通路への流れと、パージ通路を介して吸気側に帰還する流れとを制御する流れ制御部を更に備え、吸着材においてＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着を行う場合には、第１排気通路から拡張室に排出された排気ガスが、吸着材を通過し、第２端部から排出され、第１端部から空気が取り込まれないように、流れ制御部が制御され、吸着材においてＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の脱離を行う場合には、第１排出通路から拡張室に排出された排気ガスが、吸着材を通過せずに、第２端部から排出され、第１端部から取り込まれた空気が吸着材、及びパージ通路を通過して前記吸気側に帰還するように、流れ制御部が制御され、ヒータがオン状態にされる。

冷間始動時などＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着時には、排気ガスが吸着材を通過して、ＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方が吸着材で吸着される。このとき、排気ガスに含まれる水分は第１排気通路の配管壁面などに凝縮するため、吸着材に到達する排気ガスに含まれる水分は少なく、水分が吸着材におけるＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着能力を低下させるおそれは少ない。一方、吸着材に吸着されたＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の脱離時には、外気からの空気が吸着材を通過して、ＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方を脱離させ、脱離したＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方とともに吸気側に帰還する。なお、脱離時にはヒータがオン状態にされるため、ヒータによって吸着材が温められるため吸着されたＨＣまたはＮＯ_ｘが脱離出来る状態にされている。また、排気ガスに比べて水分の少ない空気が脱離に使われるため、ＮＯ_ｘなどの脱離時に吸着材の水分も脱離することが可能になる。

また、好ましくは、拡張室から第２排気通路への流れと、第１端部から第２排気通路への流れと、パージ通路を介して吸気側に帰還する流れとを制御する流れ制御部を更に備え、吸着材においてＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着を行う場合には、第１排気通路から拡張室に排出された排気ガスが、吸着材を通過し、第２端部から排出され、第１端部から空気が取り込まれないように、流れ制御部が制御され、吸着材においてＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の脱離を行う場合には、第１排出通路から拡張室に排出された排気ガスの少なくとも一部が、吸着材、及びパージ通路を通過して吸気側に帰還し、第１端部から空気が取り込まれないように、流れ制御部が制御される。

冷間始動時などＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着時には、排気ガスが吸着材を通過して、ＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方が吸着材で吸着される。このとき、排気ガスに含まれる水分は第１排気通路の配管壁面などに凝縮するため、吸着材に到達する排気ガスに含まれる水分は少なく、水分が吸着材におけるＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着能力を低下させるおそれは少ない。一方、吸着材に吸着されたＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の脱離時には、排気ガスの一部が吸着材を通過して、ＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方を脱離させ、脱離したＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方とともに吸気側に帰還する。特に、ＮＯ_ｘは、吸着材が高温状態でなくても、通過する排気ガスに含まれる水分によって脱離させることが出来る。

さらに好ましくは、吸着材に吸着された水分の脱離を行う場合には、第１排出通路から拡張室に排出された排気ガスが、吸着材を通過せずに、第２端部から排出され、第１端部から取り込まれた空気が吸着材、及びパージ通路を通過して吸気側に帰還するように、流れ制御部が制御される。

ＮＯ_ｘなどの脱離時に排気ガスに含まれる水分が吸着材に吸着される可能性があるが、吸着材に吸着された水分は、排気ガスに比べて水分の少ない空気によって脱離し、吸気側に帰還する。なお、空気は、吸気側の負圧によって第１端部から取り込まれるため、空気の取り込みに際して別途空気導入手段を設ける必要はない。

また、好ましくは、吸着材に吸着された水分の脱離を行う場合には、第１排出通路から排出された排気ガスが、吸着材を通らずに、第２端部から排出され、第１端部から取り込まれた空気が吸着材を通過し、第２端部から排出されるように、流れ制御部が制御される。

ＮＯ_ｘなどの脱離時に排気ガスに含まれる水分が吸着材に吸着される可能性があるが、吸着材に吸着された水分は、ＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の脱離後に、排気ガスに比べて水分の少ない空気によって脱離し、排出される。

さらに好ましくは、第２排気通路は、吸着材の上流または下流に送風機を有する。

送風機により、第１端部からの空気の取り込みを促進することが可能になる。

以上のように本発明によれば、水分による吸着材におけるＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着能力の低下を抑制する排気浄化装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図１〜６を用いて説明する。本実施形態における内燃機関１は、制御部５、機関本体１１、吸気通路１２、第１排気通路１５、排気ガス浄化触媒１７、マフラー２０、第１切替弁２１ａ、第２切替弁２１ｂ、ヒータ２２、ＮＯ_ｘ吸着材２３、第２排気通路２５、パージ通路２７、及び第３切替弁２８を備える。

ＥＣＵなどの制御部５は、ＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、及び各種データを格納するＲＡＭ等を有し、エアフローメータ１３等の各種センサからの信号が入力され、また制御信号を出力して車両１の各部を制御する。制御部５は、特に、エアフローメータ１３で測定される吸入空気量Ｇａに関する情報などから推定される内燃機関１の運転状態に基づいて、第１切替弁２１ａ、第２切替弁２１ｂ、及び第３切替弁２８の開閉制御を行って、機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘの吸着及び脱離制御を行う。

内燃機関１の運転中、機関本体１１の各シリンダーの燃焼室には、吸気通路１２から吸気弁（不図示）を介して、空気が吸入される。エアフローメータ１３は、吸気通路１２に流れる空気流量、即ち吸入空気量Ｇａを測定するために使用される。吸入空気量Ｇａは、電子制御スロットル弁（不図示）を制御するために使用される他、本実施形態では、吸入空気量Ｇａを一定期間の間だけ時間積分した値が、エアフローメータ１３を通過した吸入空気量Ｇａの積算値、すなわち積算空気量ｇｓとして、第１切替弁２１ａ、第２切替弁２１ｂ、及び第３切替弁２８の開閉制御に使用される。積算空気量ｇｓの値は、制御部５のＲＡＭなどに記録される。

インジェクタから噴射された燃料は、吸入された空気と混ざって混合気を形成する。制御部５からの点火信号に基づく点火プラグの点火によって、混合気は燃焼する。混合気の燃焼による爆発力に応じたピストンの往復運動により、クランクシャフト（不図示）が回転せしめられる。

機関本体１１の燃焼室から排出された排気ガスは、排気弁（不図示）を介して第１排気通路１５を通ってマフラー（排気消音装置）２０に到達し、マフラー２０で消音された後、第２排気通路２５を通って排出される。排気ガスに含まれるＨＣやＮＯ_ｘは、第１排気通路１５に設けられた排気ガス浄化触媒１７により浄化される。なお、排気ガスの排出経路は、第１切替弁２１ａ、第２切替弁２１ｂ、及び第３切替弁２８の開閉状態によって異なる。

マフラー２０の内部に設けられ、隔壁（不図示）によって区分された拡張室には、第１排気通路１５、及び第２排気通路２５が形成される。第１排気通路１５の一方の端部からは、機関本体１１からの排気ガスが拡張室に排出される。

第２排気通路２５は、上流側の第１端部２５ａ、及び下流側の第２端部２５ｂで大気と連通し、第１、第２開口部２５ｃ、２５ｄにおいて拡張室と連通する。第１、第２端部２５ａ、２５ｂは、マフラー２０から突出した状態で開口する。第１端部２５ａからは、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分を脱離させるために使用される空気が取り込まれ、第２端部２５ｂからは、第２排気通路２５に取り込まれた排気ガスが排出される。第２排気通路２５において、上流側の第１開口部２５ｃには、第１開口部２５ｃにおける拡張室から第２排気通路２５への流れと第１端部２５ａから第２排気通路２５への流れとを制御する第１切替弁２１ａが設けられ、下流側の第２開口部２５ｄには、第２開口部２５ｄにおける拡張室から第２排気通路２５への流れを制御する第２切替弁２１ｂが設けられる。また、第２排気通路２５上であって、第１切替弁２１ａと第２切替弁２１ｂとの間には、上流側からヒータ２２とＮＯ_ｘ吸着材２３が設けられる。

また、第２排気通路２５上には、ＮＯ_ｘ吸着材２３と第２切替弁２１ｂとの間と、吸気通路１２とを連通するパージ通路２７が設けられる。パージ通路２７には、パージ通路を介して、第２排気通路２５から吸気通路１２への流路の開放及び遮断を切り替える第３切替弁２８が設けられる。

第１切替弁２１ａの弁開度θ１、第２切替弁２１ｂの弁開度θ２、及び第３切替弁２８の弁開度θ３は、内燃機関１の運転状態に基づいて制御される。なお、第１切替弁２１ａの弁開度θ１は、第１開口部２５ｃを介して拡張室から第２排気通路２５への流れを遮断する状態を全閉状態（θ１＝０度）とし、第１端部２５ａから第２排気通路２５への流れを遮断する状態を全開状態（θ１＝９０度）とする。第２切替弁２１ｂの弁開度θ２は、第２開口部２５ｄを介して拡張室から第２排気通路２５への流れを遮断する状態を全閉状態（θ２＝０度）とし、ＮＯ_ｘ吸着材２３側から第２端部２５ｂへの流れを遮断する状態を全開状態（θ２＝９０度）とする。第３切替弁２８の弁開度θ３は、パージ通路２７を介して、第２排気通路２５から吸気通路１２への流れを遮断する状態を全閉状態（θ３＝０度）とし、かかる流れを全く妨げない状態を全開状態（θ３＝９０度）とする。

ヒータ２２は、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分を脱離させる際に、第１端部２５ａから取り込まれた空気を温めるために使用される。なお、ヒータ２２は、ＮＯ_ｘ吸着材２３の上流に設けられる形態でもよいが、ＮＯ_ｘ吸着材２３を担持する基材に流れる電流によって、基材を温め、担持したＮＯ_ｘ吸着材２３も温める形態（不図示）であってもよい。この場合、ヒータ２２が上流に、ＮＯ_ｘ吸着材２３が下流に配置される形態に比べて、第２排気通路２５上におけるヒータ２２とＮＯ_ｘ吸着材２３とを設けるスペースを小さくすることが可能になる。

ＮＯ_ｘ吸着材２３は、排気ガスに含まれるＮＯ_ｘを低温時に吸着し、高温時に脱離する特性を有する。また、ＮＯ_ｘ吸着材２３は、ＮＯ_ｘ吸着材２３自身またはＮＯ_ｘ吸着材２３を通過するガスが水分を多く含む場合には、低温時であってもＮＯ_ｘを吸着せず、且つ高温時でなくてもＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されたＮＯ_ｘを脱離させる特性を有する。そのため、冷間始動時などＮＯ_ｘ吸着材２３が低温である場合には、ＮＯ_ｘ吸着材２３を流れる排気ガス中に含まれるＮＯ_ｘは、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着される。吸着されたＮＯ_ｘは、水分を多く含む排気ガスがＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する際に脱離し、吸気側に帰還する。その後、機関本体１１から排出され、排気ガス浄化触媒１７で浄化される。

なお、ＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着が行われる冷間始動時は、第１排気通路１５も低温であり、排気ガスに含まれる水分は、第１排気通路１５の配管壁面で凝縮するため、ＮＯ_ｘ吸着材２３に到達する排気ガスに含まれる水分は少ない。このため、ＮＯ_ｘの吸着を妨げる水分を除去するための水吸着材をＮＯ_ｘ吸着材２３の上流側に設けることなく、または、ＮＯ_ｘ吸着材２３をマフラー２０よりも上流側に設ける形態に比べて、吸着容量の小さい水吸着材を設けることによって、ＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着を行うことが出来る。その後、第１排気通路１５が温められると、排気ガスに含まれる水分が配管壁面で凝縮されないため、ＮＯ_ｘ吸着材２３に到達する排気ガスに含まれる水分は多くなる。

ＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着容量は、冷間始動時であって、排気ガス浄化触媒１７が活性状態になるまでの間に、機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘを吸着出来るだけのものが確保される。この場合、排気ガス浄化触媒１７が活性状態になる時点以降に、機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘの量がＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着容量以上になる。

内燃機関１の冷間始動時は、排気ガス浄化触媒１７が活性状態になる温度以上に温められておらず、排気ガスを十分に浄化することが出来ない。このため、機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘの量が、ＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着容量以上になるまで、ＮＯ_ｘ吸着材２３にＮＯ_ｘを吸着させるため、第１状態として、第１切替弁２１ａは全開状態（θ１＝９０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全閉状態（θ２＝０度）にされ、第３切替弁２８は全閉状態（θ３＝０度）にされる（図１、及び図６のステップＳ１２参照）。この間、第１排気通路１５からマフラー２０の拡張室に排出される排気ガスの総てが、第１開口部２５ｃを介して第２排気通路２５を流れ、第２端部２５ｂから排出される。但し、排気ガスに含まれるＮＯ_ｘは、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着される。また、この間、第１端部２５ａから第２排気通路２５への流路は遮断されているため、空気の取り込みは行われない。

機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘの量が、ＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着容量以上になった後は、内燃機関１の暖機が完了し、排気ガスの一部を吸気側に帰還しても運転に支障をきたさない状態になるまで、第２状態として、第１切替弁２１ａは全開状態（θ１＝９０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全開状態（θ２＝９０度）、第３切替弁２８は全閉状態（θ３＝０度）にされる（図２、及び図６のステップＳ１４参照）。この間、第１排気通路１５からマフラー２０の拡張室に排出される排気ガスの総てが、第２開口部２５ｄを介して第２排気通路２５を流れ、第２端部２５ｂから排出される。第１開口部２５ｃは開いているが、第２切替弁２１ｂ、及び第３切替弁２８によって流路が遮断されているため、第１開口部２５ｃには排気ガスが流入しない。従って、排気ガスは、ＮＯ_ｘ吸着材２３に到達しない。このため、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されたＮＯ_ｘは脱離しない状態で保持される。また、この間に機関本体１１から排出された排気ガスに含まれるＮＯ_ｘ等は、排気ガス浄化触媒１７によって浄化される。また、この間も、第１端部２５ａから第２排気通路２５への流路は遮断されているため、空気の取り込みは行われない。

その後、内燃機関１の暖機が完了し、排気ガスの一部を吸気側に帰還しても運転に支障をきたさない状態になった後は、ＮＯ_ｘ吸着材２３からＮＯ_ｘの脱離が完了するまで、第３状態として、第１切替弁２１ａは全開状態（θ１＝９０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全開状態（θ２＝９０度）にされ、第３切替弁２８は開状態（０度＜θ３≦９０度）にされる（図３、及び図６のステップＳ１６参照）。この間、第１排気通路１５からマフラー２０の拡張室に排出される排気ガスの一部が、吸気側の負圧により、第１開口部２５ｃを介して第２排気通路２５とパージ通路２７を流れ、ＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する。残りは、第２開口部２５ｄを介して第２排気通路２５を流れ、第２端部２５ｂから排出される。この時、第１開口部２５ｃを介してＮＯ_ｘ吸着材２３に到達する排気ガスに含まれる水分は多くなっているため、かかる水分が、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されたＮＯ_ｘを脱離させ（第１パージ）、パージ通路２７を介して吸気側に帰還させる。脱離したＮＯ_ｘは、排気ガス浄化触媒１７で浄化される。但し、ＮＯ_ｘ吸着材２３には、排気ガスに含まれる水分が吸着される。また、この間に機関本体１１から排出された排気ガスに含まれるＮＯ_ｘ等は、排気ガス浄化触媒１７によって浄化される。また、この間も、第１端部２５ａから第２排気通路２５への流路は遮断されているため、空気の取り込みは行われない。

その後、ＮＯ_ｘ吸着材２３からＮＯ_ｘの脱離が完了した後は、ＮＯ_ｘ吸着材２３から水分の脱離が完了するまで、第４状態として、第１切替弁２１ａは全閉状態（θ１＝０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全開状態（θ２＝９０度）にされ、第３切替弁２８は開状態（０度＜θ３≦９０度）にされる（図４、及び図６のステップＳ１８参照）。また、ヒータ２２がオン状態にされる。この間、吸気側の負圧により、第１端部２５ａから第２排気通路２５への空気の取り込みが行われ、取り込まれた空気が、第２排気通路２５とパージ通路２７を流れ、ＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する。ヒータ２２によって温められた空気は、ＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する際に、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分を脱離させ（第２パージ）、パージ通路２７を介して吸気側に帰還させる。一方、第１排気通路１５からマフラー２０の拡張室に排出される排気ガスの総てが、第２開口部２５ｄを介して第２排気通路２５を流れ、第２端部２５ｂから排出される。また、この間に機関本体１１から排出された排気ガスに含まれるＮＯ_ｘ等は、排気ガス浄化触媒１７によって浄化される。

ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分の脱離が完了した後は、第５状態として、第１切替弁２１ａは全閉状態（θ１＝０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全開状態（θ２＝９０度）にされ、第３切替弁２８は全閉状態（θ３＝０度）にされる（図５、及び図６のステップＳ２０参照）。この間、第１排気通路１５からマフラー２０の拡張室に排出される排気ガスの総てが、第２開口部２５ｄを介して第２排気通路２５を流れ、第２端部２５ｂから排出される。また、この間に機関本体１１から排出された排気ガスに含まれるＮＯ_ｘ等は、排気ガス浄化触媒１７によって浄化される。なお、第２切替弁２１ｂ、及び第３切替弁２８によって流路が遮断されているため、第１端部２５ａからの空気の取り込みは行われない。

機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘの量が、ＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着容量以上になったか否かの判断は、冷間始動直後に積算が開始される積算空気量ｇｓが、第１閾値Ｔｈ１以上になったか否かに基づいて行われる。内燃機関１の暖機が完了したか否かの判断は、機関本体１１を流れる冷却水の水温に基づいて行われる。ＮＯ_ｘ吸着材２３からＮＯ_ｘの脱離が完了したか否かの判断は、積算空気量ｇｓが、第２閾値Ｔｈ２以上になったか否かに基づいて行われる。ＮＯ_ｘ吸着材２３から水分の脱離が完了したか否かの判断は、積算空気量ｇｓが、第３閾値Ｔｈ３以上になったか否かに基づいて行われる。

なお、これらの判断は、上述の積算空気量ｇｓと第１〜第３閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ３との関係に基づいて行っても良いが、別の判断要素に基づいて行っても良い。例えば、ＮＯ_ｘ吸着材２３と第２切替弁２１ｂの間に設けられたＮＯ_ｘセンサにより検出されたＮＯ_ｘ濃度の変化に基づいてＮＯ_ｘの脱離が完了したか否かを判断する形態などが挙げられる。

第１閾値Ｔｈ１は、冷間始動直後のＮＯ_ｘがＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されていない状態（図６のステップＳ１２参照）から、機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘの量がＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着容量以上になる時点までにエアフローメータ１３を通過すると推定される吸入空気量Ｇａの積算値が設定される。第２閾値Ｔｈ２は、冷間始動直後のＮＯ_ｘがＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されていない状態（図６のステップＳ１２参照）から、ＮＯ_ｘの脱離（第１パージ）が完了する時点までにエアフローメータ１３を通過すると推定される吸入空気量Ｇａの積算値が設定される（Ｔｈ２＞Ｔｈ１）。第３閾値Ｔｈ３は、冷間始動直後のＮＯ_ｘがＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されていない状態（図６のステップＳ１２参照）から、水分の脱離（第２パージ）が完了する時点までにエアフローメータ１３を通過すると推定される吸入空気量Ｇａの積算値が設定される（Ｔｈ３＞Ｔｈ２）。

但し、第１、第２パージ中は、運転状態に応じてパージ通路２７を介して吸気側に帰還する排気ガスや空気の量が変動する。従って、かかる変動量も考慮して、第２、第３閾値Ｔｈ２、Ｔｈ３を設定してもよい。

次に、本実施形態における第１切替弁２１ａ、第２切替弁２１ｂ、及び第３切替弁２８の開閉制御手順について図６のフローチャートを用いて説明する。内燃機関１の運転が開始されると、ステップＳ１１で、機関本体１１などを流れる冷却水の水温が低い状態にあるか否かが判断される。冷間始動持など冷却水の水温が低い場合には、排気ガス浄化触媒１７などの温度も低く活性状態になっていないと判断され、ステップＳ１２で、第１切替弁２１ａは全開状態（θ１＝９０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全閉状態（θ２＝０度）にされ、第３切替弁２８は全閉状態（θ３＝０度）にされる（第１状態、図１参照）。この間、ＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する排気ガスに含まれるＮＯ_ｘは、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着される。また、ステップＳ１２で、積算空気量ｇｓを算出するため、エアフローメータ１３を通過した吸入空気量Ｇａの積算が開始される。水温が低くない場合は、排気ガス浄化触媒１７などの温度も高く活性状態になっており、機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘ等を排気ガス浄化触媒１７などで浄化出来るため、ステップＳ２０に進められる。

ステップＳ１３で、積算空気量ｇｓが、第１閾値Ｔｈ１以上になったか否かが判断される。積算空気量ｇｓが第１閾値Ｔｈ１以上になっていない場合は、ステップＳ１３が繰り返される。積算空気量ｇｓが第１閾値Ｔｈ１以上になった場合は、機関本体１１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_ｘの量がＮＯ_ｘ吸着材２３におけるＮＯ_ｘの吸着容量以上になったと判断されて、ステップＳ１４に進められる。

ステップＳ１４で、第１切替弁２１ａは全開状態（θ１＝９０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全開状態（θ２＝９０度）、第３切替弁２８は全閉状態（θ３＝０度）にされる（第２状態、図２参照）。この間、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されたＮＯ_ｘは、脱離せずに吸着された状態が維持される。

ステップＳ１５で、内燃機関１の暖機が完了したか否かが判断される。暖機が完了していない場合は、ステップＳ１５が繰り返される。暖機が完了した場合は、ステップＳ１６に進められる。

ステップＳ１６で、第１切替弁２１ａは全開状態（θ１＝９０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全開状態（θ２＝９０度）にされ、第３切替弁２８は開状態（０度＜θ３≦９０度）にされ、第１パージが開始される（第３状態、図３参照）。この間、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されたＮＯ_ｘは、水分を多く含む排気ガスがＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する際に脱離し、吸気側に帰還する。その後、機関本体１１から排出され、排気ガス浄化触媒１７で浄化される。

ステップＳ１７で、積算空気量ｇｓが、第２閾値Ｔｈ２以上になったか否かが判断される。積算空気量ｇｓが第２閾値Ｔｈ２以上になっていない場合は、ステップＳ１７が繰り返される。積算空気量ｇｓが第２閾値Ｔｈ２以上になった場合は、ＮＯ_ｘの脱離（第１パージ）が完了したと判断されて、ステップＳ１８に進められる。

ステップＳ１８で、第１切替弁２１ａは全閉状態（θ１＝０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全開状態（θ２＝９０度）にされ、第３切替弁２８は開状態（０度＜θ３≦９０度）にされ、第２パージが開始される（第４状態、図４参照）。この間、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分は、ヒータ２２で温められた空気がＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する際に脱離し、吸気側に帰還する。

ステップＳ１９で、積算空気量ｇｓが、第３閾値Ｔｈ３以上になったか否かが判断される。積算空気量ｇｓが、第３閾値Ｔｈ３以上になっていない場合は、ステップＳ１９が繰り返される。積算空気量ｇｓが第３閾値Ｔｈ３以上になった場合は、ＮＯ_ｘ吸着材２３から水分の脱離（第２パージ）が完了したと判断されて、ステップＳ２０に進められる。

ステップＳ２０で、第１切替弁２１ａは全閉状態（θ１＝０度）にされ、第２切替弁２１ｂは全開状態（θ２＝９０度）にされ、第３切替弁２８は全閉状態（θ３＝０度）にされる（第５状態、図５参照）。

本実施形態では、ＮＯ_ｘの吸着は、下流にあるマフラー２０内に配置されたＮＯ_ｘ吸着材２３によって行われる。ＮＯ_ｘの吸着が必要な冷間始動時は、排気通路１５で排気ガスに含まれる水分を凝縮させることが出来るので、ＮＯ_ｘ吸着材２３に到達する排気ガスに含まれる水分量を減らすことが可能になる。このため、マフラー２０よりも上流にＮＯ_ｘ吸着材が配置される形態に比べて、水分によるＮＯ_ｘの吸着能力低下を抑制することが可能になる。また、ＮＯ_ｘ吸着材の上流に配置する水吸着材を小型化または省略することが可能になる。

また、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されたＮＯ_ｘの脱離は、水分を含む排気ガスを使って行われる。この場合、排気ガスの温度が上昇するのを待たずにＮＯ_ｘの脱離を開始出来るため、高温の排気ガスを使って脱離を行う形態に比べて、早期に脱離を完了させることが可能になる。また、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分の脱離は、第１端部２５ａから取り込まれた空気を使って行われる。このため、排気ガスに比べて乾燥した空気で水分パージが行えるので、確実に水分の脱離を完了させることが可能になる。

また、ＮＯ_ｘ吸着材２３は、マフラー２０内の第２排気通路２５内に配置されるため、マフラー２０の一部を有効活用してＮＯ_ｘの吸着及び脱離を行うことが可能になる。また、ＮＯ_ｘ吸着材２３は、ＮＯ_ｘ吸着材２３の外壁（第２排気通路２５）、及びマフラー２０の外壁で、二重に覆われる。このため、断熱効果により、ＮＯ_ｘや水分を脱離させる際のＮＯ_ｘ吸着材２３の温度低下を抑制出来る。また、第１、第２切替弁２１ａ、２１ｂもマフラー２０内に配置されるため、弁の開閉による騒音が外部に漏れるのを抑制することも可能になる。但し、かかる断熱効果や騒音防止効果は得られないが、マフラー２０の外部にＮＯ_ｘ吸着材２３を含む第２排気通路２５を設けた形態であっても、水分による吸着材の吸着能力低下を抑制する効果は得られる。

なお、本実施形態では、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分を脱離させる際に、第１端部２５ａから取り込まれた空気、及び脱離した水分を、パージ通路２７を介して吸気側に帰還させる形態を説明した。しかしながら、この場合、吸気側の負圧を利用して空気の取り込みが行われるため、運転状態によって吸気側に帰還できる空気の量が変動する。そのため、安定的に水分の脱離（第２パージ）が行えない可能性がある。このため、第１切替弁２１ａを全閉状態（θ１＝０度）にし、第２切替弁２１ｂを全開状態（θ２＝９０度）にし、第３切替弁２８を開状態（０度＜θ３≦９０度）にする第４状態に代えて、第１切替弁２１ａを全閉状態（θ１＝０度）にし、第２切替弁２１ｂを開状態（０度＜θ２＜９０度）にし、第３切替弁２８を全閉状態（θ３＝０度）にする第６状態で、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分を脱離する形態であってもよい（図７参照、ヒータ２２は第４状態と同様にオン状態）。この場合、ＮＯ_ｘ吸着材２３の上流または下流に、第１端部２５ａからの空気の取り込みを促進する送風機２４を設けるのが望ましい。

この間、第１端部２５ａから第２排気通路２５への空気の取り込みが行われ、取り込まれた空気が、第２排気通路２５を流れ、ＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する。ヒータ２２によって温められた空気は、ＮＯ_ｘ吸着材２３を通過する際に、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着された水分を脱離させ（第２パージ）、第２端部２５ｂから排出される。一方、第１排気通路１５からマフラー２０の拡張室に排出される排気ガスの総てが、第２開口部２５ｄを介して第２排気通路２５を流れ、第２端部２５ｂから排出される。

また、本実施形態では、排気ガスに含まれる水分を使って、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されたＮＯ_ｘの脱離を行う形態（図３の第３状態参照）を説明したが、第３状態に対応する第１切替弁２１ａなどの開閉制御を省略し、暖機完了後に、第１端部２５ａから取り込まれる空気を使って、ＮＯ_ｘ吸着材２３に吸着されたＮＯ_ｘの脱離を行う形態であってもよい（図４の第４状態参照）。この場合、ＮＯ_ｘ吸着材２３には、水分が多く含まれる排気ガスが通過する場合が無いため、吸着される水分は少ない上、かかるＮＯ_ｘの脱離時に、水分の脱離も行うことが出来る。

また、本実施形態では、マフラー２０の第２排気通路２５にＮＯ_ｘ吸着材２３を設け、ＮＯ_ｘの吸着及び脱離などを行う形態を説明したが、ＮＯ_ｘ吸着材２３に代えて、ＨＣ吸着材を設け、ＨＣの吸着及び脱離などを行う形態であってもよい。または、ＮＯ_ｘ吸着材２３に加えて、ＨＣ吸着材を設け、ＮＯ_ＸとＨＣの吸着及び脱離などを行う形態であってもよい。

本実施形態における内燃機関の構成図であって、第１状態における第１〜第３切替弁の開閉状態を示す図である。 本実施形態における内燃機関の構成図であって、第２状態における第１〜第３切替弁の開閉状態を示す図である。 本実施形態における内燃機関の構成図であって、第３状態における第１〜第３切替弁の開閉状態を示す図である。 本実施形態における内燃機関の構成図であって、第４状態における第１〜第３切替弁の開閉状態を示す図である。 本実施形態における内燃機関の構成図であって、第５状態における第１〜第３切替弁の開閉状態を示す図である。 本実施形態における第１〜第３切替弁の開閉制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態における内燃機関の構成図であって、第６状態における第１〜第３切替弁の開閉状態を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
５ 制御部
１１ 機関本体
１２ 吸気通路
１３ エアフローメータ
１５ 第１排気通路
１７ 排気ガス浄化触媒
２０ マフラー
２１ａ、２１ｂ 第１、第２切替弁
２２ ヒータ
２３ ＮＯ_ｘ吸着材
２４ 送風機
２５ 第２排気通路
２７ パージ通路
２８ 第３切替弁

Claims (7)

1. 機関本体から排出された排気ガスの消音を行うマフラーと、
   前記機関本体からの排気ガスを前記マフラーの拡張室に排出する第１排気通路と、
   第１、第２端部を有し、前記第１、第２端部の間に、前記第１排気通路を介して前記拡張室に排出された排気ガスを取り込む開口部と、前記開口部を介して取り込まれた排気ガスにおけるＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方を吸着し吸着されたＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方が所定条件下で脱離する吸着材とを設けた第２排気通路と、
   前記第２排気通路と前記機関本体の吸気側と連通し、前記吸着材から脱離したＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方を前記吸気側に帰還させるために使用されるパージ通路とを備え、
   前記第１端部からは、前記吸着材に吸着された水分を脱離させるために使用される空気が取り込まれ、
   前記第２端部からは、前記第２排気通路に取り込まれた排気ガスが排出されることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記第２排気通路は、前記第１端部と前記吸着材との間に設けられ前記第１端部を介して取り込まれた空気を温めるヒータ、または前記吸着材を担持する基材に流れる電流によって前記吸着材を温めるヒータを有することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記拡張室から前記第２排気通路への流れと、前記第１端部から前記第２排気通路への流れと、前記パージ通路を介して前記吸気側に帰還する流れとを制御する流れ制御部を更に備え、
   前記吸着材においてＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着を行う場合には、前記第１排気通路から前記拡張室に排出された排気ガスが、前記吸着材を通過し、前記第２端部から排出され、前記第１端部から空気が取り込まれないように、前記流れ制御部が制御され、
   前記吸着材においてＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の脱離を行う場合には、前記第１排出通路から前記拡張室に排出された排気ガスが、前記吸着材を通過せずに、前記第２端部から排出され、前記第１端部から取り込まれた空気が前記吸着材、及び前記パージ通路を通過して前記吸気側に帰還するように、前記流れ制御部が制御され、前記ヒータがオン状態にされることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記拡張室から前記第２排気通路への流れと、前記第１端部から前記第２排気通路への流れと、前記パージ通路を介して前記吸気側に帰還する流れとを制御する流れ制御部を更に備え、
   前記吸着材においてＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の吸着を行う場合には、前記第１排気通路から前記拡張室に排出された排気ガスが、前記吸着材を通過し、前記第２端部から排出され、前記第１端部から空気が取り込まれないように、前記流れ制御部が制御され、
   前記吸着材においてＨＣとＮＯ_ｘの少なくとも一方の脱離を行う場合には、前記第１排出通路から前記拡張室に排出された排気ガスの少なくとも一部が、前記吸着材、及び前記パージ通路を通過して前記吸気側に帰還し、前記第１端部から空気が取り込まれないように、前記流れ制御部が制御されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
5. 前記吸着材に吸着された水分の脱離を行う場合には、前記第１排出通路から前記拡張室に排出された排気ガスが、前記吸着材を通過せずに、前記第２端部から排出され、前記第１端部から取り込まれた空気が前記吸着材、及び前記パージ通路を通過して前記吸気側に帰還するように、前記流れ制御部が制御されることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
6. 前記吸着材に吸着された水分の脱離を行う場合には、前記第１排出通路から排出された排気ガスが、前記吸着材を通らずに、前記第２端部から排出され、前記第１端部から取り込まれた空気が前記吸着材を通過し、前記第２端部から排出されるように、前記流れ制御部が制御されることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
7. 前記第２排気通路は、前記吸着材の上流または下流に送風機を有することを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
   
   

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